חלחול (נוזלים)
בפיזיקה, בכימיה ובהנדסת חומרים, חלחול (באנגלית: Percolation; מהמילה הלטינית percolare 'לסנן", "לטפטף דרך') מתייחס לתנועה ולסינון של נוזלים דרך חומרים נקבוביים. הדבר מתואר על ידי חוק דרסי. מאז חוק זה פותחו יישומים רחבים יותר המכסים קישוריות של מערכות רבות במודל של סריג או גרפים, בדומה לקישוריות של רכיבי סריג בבעיית הסינון המווסתת את יכולת החלחול.
רקע
במהלך העשורים האחרונים, תורת החלחול, המחקר המתמטי של חלחול, הביאה הבנה ולטכניקות חדשות למגוון רחב של נושאים בפיזיקה, בהנדסת חומרים, ברשתות מורכבות, באפידמיולוגיה ותחומים אחרים. לדוגמה, בגאולוגיה, חלחול מתייחס לסינון מים דרך אדמה וסלעים חדירים. המים זורמים כדי להטעין את מי התהום במפלס המים ובאקוויפרים. במקומות שבהם מתוכננים אגני חלחול או שדות ניקוז ספיגה כדי להיפטר מכמויות ניכרות של מים, יש צורך בבדיקת חלחול מראש כדי לקבוע האם המבנה המיועד צפוי להצליח או להיכשל.
חלחול בדרך כלל מפגין אוניברסליות. מושגי פיזיקה סטטיסטית כגון תאוריית קנה המידה, רנורמליזציה, מעבר פאזה, תופעות קריטיות ופרקטלים משמשים לאפיון תכונות החלחול. קומבינטוריקה משמשת בדרך כלל ללימוד ספי חלחול .
בשל המורכבות הכרוכה בהשגת תוצאות מדויקות ממודלים אנליטיים של חלחול, בדרך כלל נעשה שימוש בסימולציות ממוחשבות. האלגוריתם המהיר ביותר הנוכחי לחלחול פורסם בשנת 2000 על ידי מארק ניומן ורוברט זיף.[1]
דוגמאות
- חלחול קפה (ראה איור 1), כאשר הממס הוא מים, החומר החדיר הוא הקפה הטחון, והמרכיבים המסיסים הם התרכובות הכימיות שנותנות לקפה את צבעו, טעמו ואת הארומה שלו.
- תנועה של חומר שעבר בליה למטה במדרון מתחת לפני כדור הארץ.
- פיצוח של עצים עם נוכחות של שני תנאים, אור שמש ולחץ.
- קריסה וחוסן של קונכיות וירוסים ביולוגיים להסרה אקראית של תת-יחידות (פיצול ניסוי מאומת של וירוסים).[2] [3] [4]
- הובלה במדיה נקבובית.
- התפשטות מחלות.[5] [6]
- חיספוס פני השטח.
- חלחול שיניים, עלייה בקצב הריקבון מתחת לכתרים בגלל סביבה נוחה למוטנטי סטרפ ולקטובצילוס
- אתרים פוטנציאליים למערכות ספיגה נבדקים על ידי "Percolation test". דוגמה/תיאוריה: חור (בדרך כלל בקוטר 15–25 ס"מ) נחפר על פני הקרקע (בדרך כלל עומק 28–56 ס"מ). ממלאים מים לתוך החור, והזמן נמדד לירידה של אינץ' אחד במפלס המים. אם פני המים יורדים במהירות, כפי שרואים בדרך כלל בחולות בעלי דירוג גרוע, אז המקום יכול להיות טוב ל"שדה שטיפה" ספטי. אם המוליכות ההידראולית של האתר נמוכה (בדרך כלל בקרקעות חימר וחרסית), אז האתר אינו רצוי.
לקריאה נוספת
ראו גם
- Kesten, Harry; "What is percolation?", in Notices of the AMS, May 2006.
- Sahimi, Muhammad; Applications of Percolation Theory, Taylor & Francis, 1994. מסת"ב 0-7484-0075-3 (cloth), מסת"ב 0-7484-0076-1 (paper).
- Grimmett, Geoffrey; Percolation (2. ed). Springer Verlag, 1999.
- Stauffer, Dietrich; and Aharony, Ammon; Introduction to Percolation Theory, Taylor & Francis, 1994, revised second edition, מסת"ב 9780748402533.
- Kirkpatrick, Scott; "Percolation and Conduction", in Reviews of Modern Physics, 45, 574, 1973.
- Rodrigues, Edouard; Remarkable properties of pawns on a hexboard (אורכב 09.12.2021 בארכיון Wayback Machine)
- Bollobás, Béla; Riordan, Oliver; Percolation, Cambridge University Press, 2006, מסת"ב 0521872324.
- Grimmett, Geoffrey; Percolation, Springer, 1999
הערות שוליים
- ^ Newman, Mark; Ziff, Robert (2000). "Efficient Monte Carlo Algorithm and High-Precision Results for Percolation". Physical Review Letters. 85 (19): 4104–4107. arXiv:cond-mat/0005264. Bibcode:2000PhRvL..85.4104N. CiteSeerX 10.1.1.310.4632. doi:10.1103/PhysRevLett.85.4104. PMID 11056635.
- ^ Brunk, Nicholas E.; Twarock, Reidun (2021-07-23). "Percolation Theory Reveals Biophysical Properties of Virus-like Particles". ACS Nano. American Chemical Society (ACS). 15 (8): 12988–12995. doi:10.1021/acsnano.1c01882. ISSN 1936-0851. PMC 8397427. PMID 34296852.
- ^ Brunk, Nicholas E.; Lee, Lye Siang; Glazier, James A.; Butske, William; Zlotnick, Adam (2018). "Molecular jenga: The percolation phase transition (collapse) in virus capsids". Physical Biology. 15 (5): 056005. Bibcode:2018PhBio..15e6005B. doi:10.1088/1478-3975/aac194. PMC 6004236. PMID 29714713.
- ^ Lee, Lye Siang; Brunk, Nicholas; Haywood, Daniel G.; Keifer, David; Pierson, Elizabeth; Kondylis, Panagiotis; Wang, Joseph Che-Yen; Jacobson, Stephen C.; Jarrold, Martin F.; Zlotnick, Adam (2017). "A molecular breadboard: Removal and replacement of subunits in a hepatitis B virus capsid". Protein Science. 26 (11): 2170–2180. doi:10.1002/pro.3265. PMC 5654856. PMID 28795465.
- ^ Grassberger, Peter (1983). "On the Critical Behavior of the General Epidemic Process and Dynamical Percolation". Mathematical Biosciences. 63 (2): 157–172. doi:10.1016/0025-5564(82)90036-0.
- ^ Newman, M. E. J. (2002). "Spread of epidemic disease on networks". Physical Review E. 66 (1 Pt 2): 016128. arXiv:cond-mat/0205009. Bibcode:2002PhRvE..66a6128N. doi:10.1103/PhysRevE.66.016128. PMID 12241447.
38243200חלחול (נוזלים)